CN113611517A - 一种直流电压互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流电压互感器，该直流电压互感器包括高压端、低压端、限流电阻器、隔离线圈、电压检测模块。高压端和一次直流电压相连，通过低压端分压，从高压端与低压端连接处的中压端输出中压电流，经过限流电阻器后产生励磁电流。该励磁电流通过隔离线圈的主铁芯和检测铁芯耦合到隔离线圈检测绕组产生检测电流，将检测电流进行处理后得到脉动驱动信号并施加到二次反馈电流驱动单元的输入端，二次反馈电流驱动单元输出的反馈电流施加于二次绕组。在二次反馈阻抗上产生电压降。这样就能测量出电压的数值，避免了一次设备和二次设备的直接电接触，增加了设备的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电工程领域，特别涉及一种直流电压互感器。
背景技术
在电力系统中，包括直流系统和交流系统。测量直流系统电压的时候通常需要用到直流电压互感器。直流电压互感器在工作时需要将一次直流高压按照一定比例转换成满足二次测量系统和二次保护系统要求的低压信号，从而保证直流输电系统可靠、稳定、安全的运行。
然而目前典型的直流电压互感器中，通常基于阻容分压器原理，一次的高电压和二次的中电压均以低压臂的接地端作为电气参考点。这种结构经常因为一次部分与二次部分之间具有直接的电气连接，一次高压暂态过程通过低阻的容性通道，直接传递给二次设备，损坏二次系统，造成直流系统锁闭。由此可见，现有的直流电压互感器的安全性与可靠性还有待提升。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种直流电压互感器，能够利用隔离线圈避免一次部分和二次部分的直接电接触，提高了电压互感器的可靠性和稳定性。
根据本发明的第一方面实施例的直流电压互感器，包括：
高压端；
低压端，与所述高压端串联，所述低压端与高压端连接的部位为中压端，所述低压端远离所述高压端的一侧接地；
限流电阻器，与所述中压端串联；
隔离线圈，所述隔离线圈包括一次绕组与二次绕组，所述一次绕组与所述限流电阻器连接；
电压检测模块，与所述二次绕组连接。
根据本发明实施例的直流电压互感器，至少具有如下有益效果：利用隔离线圈避免一次部分和二次部分的直接电接触，防止高压端低压端中的电流对电压检测模块造成直接的影响。
根据本发明的一些实施例，所述高压端包括高压臂电阻器、高压臂电容器；所述高压臂电容器与所述高压臂电阻器并联。
根据本发明的一些实施例，所述低压端包括低压臂电阻器、低压臂电容器；所述低压电容器与所述低压臂电阻器并联。
根据本发明的一些实施例，所述隔离线圈还包括主铁芯、检测铁芯、检测绕组；所述电压检测模块包括检测信号处理单元，所述检测信号处理单元与所述检测绕组连接；二次反馈电流驱动单元，与所述检测信号处理单元连接，所述二次反馈电流驱动单元与所述二次绕组连接；二次反馈电流检测阻抗，与所述二次反馈电流驱动单元串联；二次信号输出单元，与所述二次反馈电流检测阻抗并联。
根据本发明的一些实施例，所述电压检测模块还包括二次供电电源单元，所述二次供电电源单元向所述检测信号处理单元、二次反馈电流驱动单元和二次信号输出单元供电。
根据本发明的一些实施例，所述隔离线圈的所述一次绕组上并联有旁路开关。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例一的直流电压互感器的示意图；
图2为本发明实施例二的直流电压互感器的示意图；
图3为本发明实施例三的直流电压互感器的示意图；
图4为本发明实施例四的直流电压互感器的示意图；
图5为图4中示出的直流电压互感器的直流电压误差线性曲线；
图6为图4中示出的直流电压互感器中二次部分的谐波电压的频谱特性曲线和相频特征曲线；
图7为图4中示出的直流电压互感器中二次部分的直流电压误差温度特性曲线图。
高压端100、高压臂电阻器101、高压臂电容器102、高压臂电容器102低压端200、低压臂电阻器201、低压臂电容器202、限流电阻器203、隔离线圈300、一次绕组301、主铁芯302、检测铁芯303、检测绕组304、二次绕组305、电压检测模块400、检测信号处理单元401、二次反馈电流驱动单元402、二次反馈电流检测阻抗403、二次信号输出驱动单元404、二次供电电源单元405、旁路开关500。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
实施例一、
参照图1，隔离型直流电压互感器包括高压端100、低压端200、隔离线圈300、电压检测模块400。
其中高压端100由高压臂电阻器101和高压臂电容器102并联形成；低压端200由低压臂电阻器201和低压臂电容器202并联形成；隔离线圈300包括一次绕组301、主铁芯302、检测铁芯303、检测绕组304、二次绕组305组成。
电压检测模块400包括检测信号处理单元401、二次反馈电流驱动单元402、二次反馈电流检测阻抗403组成。
高压端100的一侧施加有一次直流电压，另一侧与低压端200串联；串联点称之为中压端。一次直流电压在经过高压端100和低压端200分压之后，由中压端输出中压电压。中压电压施加于限流电阻器203和一次绕组301形成的串联阻抗上，产生毫安级的励磁电流，该励磁电流与中压电压、一次直流电压成比例关系。
上述励磁电流通过隔离线圈的主铁芯302和检测铁芯303耦合到检测绕组304产生检测电流，该检测电流经过检测信号处理单元401进行积分和滤波处理，产生频率和幅值与一次电压呈现比例关系的脉动反馈信号，施加于二次反馈电流驱动单元402的输入端，二次反馈电流驱动单元402输出的反馈电流施加于二次绕组305。隔离线圈300的三个绕组(一次绕组301、二次绕组305、检测绕组304)和检测信号处理单元401，二次反馈电流驱动单元402之间构成闭环反馈回路，该反馈电流在二次绕组305上产生的磁势与励磁电流在一次绕组301上产生的磁势达到平衡，隔离线圈300的主铁芯302维持零磁通状态。二次反馈电流流经二次反馈电流检测阻抗403并产生电压降，该电压降与一次电压呈现比例关系。最终由二次信号输出驱动单元404进行差分输出。
这种隔离型直流电压互感器利用隔离线圈300避免了电压检测模块400与一次直流电压的直接电接触，增加了设备的安全性。
实施例二、
参照图2，在实施例一的基础上，本发明描述的隔离型直流电压互感器添加了二次供电电源单元405。该二次供电单元405与检测信号处理单元401，二次反馈电流驱动单元402，二次信号输出驱动单元404相连，为这些设备提供工作电源，二次供电电源405采用浮地方式工作。
这种结构利用浮地电源隔离电阻大的特性，减少了电压检测模块400受到的电磁干扰，增加了隔离型直流电压互感器测量的精度。
实施例三、
在实际操作过程中，为了避免因为调试二次设备时还要断开一次设备的供电，需要一种能够不断开电源就能够调试设备二次部分的结构，具体的结构如下：
参照图3，在实施例一的基础上，添加了旁路开关500。该旁路开关500与于隔离线圈300的一次绕组301并联。
当直流电压互感器正常运行时，隔离开关500处于打开状态。当需要对二次部分进行维护时，只需闭合该隔离开关，对隔离线圈300的一次绕组进行旁路，即可对直流电压互感器的二次部分进行维护工作，降低了维护时的影响。
实施例四、
现提出一种应用于±800KV直流电压互感器的实施例。
参照图4，在实施例二的基础上，添加实施例三中描述的旁路开关500。
高压臂电阻器101的电阻值为400MΩ，高压臂电容器102的电容值412.5pF,低压臂电阻器201的阻值为100kΩ，低压臂电容器202的电容值为1.65uF,设计中压电压200V,中压端的限流电阻器203的电阻值1kΩ，二次信号输出驱动单元404的额定二次电压为5V。
现针对实施例四中描述的直流电压互感器进行测试，实验结果如下所示。
图5为直流电压误差线性曲线，额定电压取值在5％～100％之间。
可以看出，当输出电压为额定电压的50％左右的时候，误差值最小；当输出电压较小或很接近额定电压时，误差值相对较大。
图6为二次部分的谐波电压的频谱特性曲线和相频特征曲线。
图7为直流电压互感器二次部分的直流电压误差温度特性曲线图。可以看出在长达540分钟的测试内，温度和误差都能保持在一个较好的范围内。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种直流电压互感器，其特征在于，包括：
高压端(100)；
低压端(200)，与所述高压端(100)串联，所述低压端(200)与高压端(100)连接的部位为中压端，所述低压端(200)远离所述高压端(100)的一侧接地；
限流电阻器(203)，与所述中压端串联；
隔离线圈(300)，所述隔离线圈(300)包括一次绕组(301)与二次绕组(302)，所述一次绕组(301)与所述限流电阻器(203)连接；
电压检测模块(400)，与所述二次绕组(302)连接。
2.根据权利要求1所述的直流电压互感器，其特征在于，所述高压端(100)包括高压臂电阻器(101)、高压臂电容器(102)；所述高压臂电容器(102)与所述高压臂电阻器(101)并联。
3.根据权利要求1所述的直流电压互感器，其特征在于，所述低压端(200)包括低压臂电阻器(201)、低压臂电容器(202)；所述低压电容器(202)与所述低压臂电阻器(201)并联。
4.根据权利要求1所述的直流电压互感器，其特征在于，
所述隔离线圈(300)还包括：
主铁芯(302)、检测铁芯(303)、检测绕组(304)；
所述电压检测模块(400)包括：
检测信号处理单元(401)，所述检测信号处理单元(401)与所述检测绕组(304)连接；二次反馈电流驱动单元(402)，与所述检测信号处理单元(401)连接，所述二次反馈电流驱动单元(402)与所述二次绕组(305)连接；二次反馈电流检测阻抗(403)，与所述二次反馈电流驱动单元(402)串联；二次信号输出单元(404)，与所述二次反馈电流检测阻抗(403)并联。
5.根据权利要求4所述的直流电压互感器，其特征在于，所述电压检测模块400还包括二次供电电源单元(405)，所述二次供电电源单元(405)向所述检测信号处理单元(401)、二次反馈电流驱动单元(402)和二次信号输出单元(404)供电。
6.根据权利要求1所述的直流电压互感器，其特征在于，所述隔离线圈(300)的所述一次绕组(301)上并联有旁路开关(500)。
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